錦屏二級(jí)水電站攔河閘壩混凝土防滲墻造孔施工事故與處理

張貴發(fā)

(四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川成都 610051)

1 工程概況

錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩位于雅礱江大河彎西端貓貓灘，上距錦屏一級(jí)水電站壩址約7.5 km。攔河閘壩主要由泄洪閘和兩岸重力式擋水壩段組成，全長(zhǎng)165 m，最大壩高34 m。施工導(dǎo)流枯期采用上下游圍堰擋水，導(dǎo)流洞過水進(jìn)行攔河閘壩工程施工;汛期采用導(dǎo)流洞和圍堰聯(lián)合泄洪，圍堰及基礎(chǔ)防滲采用混凝土防滲墻。上游圍堰混凝土防滲墻長(zhǎng)129.23 m(4 240 m3);下游圍堰混凝土防滲墻長(zhǎng)106.22 m(3 135 m3)。設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制孔斜率，確保墻體接頭的設(shè)計(jì)厚度，杜絕墻體開叉;保持墻體的連續(xù)性和整體性，杜絕斷墻事故的發(fā)生。

2 工程地質(zhì)條件

上、下游圍堰河谷呈“V”型，兩岸山體雄厚，河道順直，河槽偏向右岸，兩岸岸坡較陡，枯水期1 635 m高程河寬97 m，水深9～18 m，兩岸谷坡約45°～60°，在左岸公路以下的河床內(nèi)堆積有大量的公路開挖棄渣，右岸側(cè)河床上部有少量崩積物堆積，兩側(cè)山坡均為基巖裸露，河床覆蓋層較厚，粗細(xì)顆粒混雜，堰址處河床覆蓋層厚度為20～43 m，按物質(zhì)組成及顆粒大小由下至上可分為含漂石卵礫石層、含砂壤土碎礫石層、卵礫石含孤塊石層、含孤塊石卵礫石層、塊碎石夾卵礫石層。

3 混凝土防滲墻造孔施工方案

3.1 造孔施工方案

(1)場(chǎng)地預(yù)先經(jīng)平整后實(shí)施施工平臺(tái)的建造。導(dǎo)向槽采用“L形”或“直角梯形”斷面。

(2)防滲墻成槽施工以“鉆劈法”為主，探索反循環(huán)施工的成槽工藝。采用“鉆劈法”造孔成槽，即采用CZ－300型沖擊鉆機(jī)先鉆進(jìn)主孔，待到達(dá)設(shè)計(jì)終孔孔深后再劈打副孔。

(3)采用“槽內(nèi)鉆爆法”進(jìn)行施工。

(4)使用SM－400型液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)(或XY－2型地質(zhì)鉆機(jī))鉆進(jìn)陡坡基巖爆破孔。

3.2 造孔施工布置

上、下游圍堰頂寬20 m，將上下游圍堰防滲墻鉆機(jī)平臺(tái)布置在防滲墻軸線外雅礱江一側(cè)，防滲墻軸線基坑一側(cè)依次為倒渣平臺(tái)、排漿溝以及一條6 m寬的施工道路。導(dǎo)向槽和施工平臺(tái)采用開挖后立模板澆筑，導(dǎo)向槽及施工平臺(tái)布置如圖1及2所示。

3.3 槽孔劃分

槽孔劃分如圖3所示。槽段劃分方案根據(jù)施工總體方案確定，并根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。為減少接頭數(shù)量，需增加槽段長(zhǎng)度，但考慮到砂卵礫石地層易坍塌，為確?？妆诎踩_定一期、二期槽段長(zhǎng)度均為6.8 m。施工中根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整槽段的大小，并將合攏段安排在槽深較淺、條件較好的地方。

3.4 造孔成槽流程

該工程主要采用“鉆劈法”進(jìn)行成槽施工:一期槽段先使用沖擊鉆機(jī)鉆進(jìn)主孔至設(shè)計(jì)孔深，然后劈打副孔。遇到大孤石、塊石時(shí)采取“槽孔內(nèi)聚能爆破法”進(jìn)行處理，陡坡段使用“孔內(nèi)鉆孔爆破法”施工。為減少重復(fù)劈打破碎，在劈打二期槽孔時(shí)，在兩側(cè)主孔內(nèi)下設(shè)接渣斗。

圖1 導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 上、下游圍堰防滲墻施工平臺(tái)布置示意圖

圖3 槽孔劃分示意圖

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不低于以下要求:孔位偏差不大于3 cm;孔斜率不大于4‰;在遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí)，將孔斜率控制在6‰以內(nèi)。一、二期槽孔中心線在任一深度的偏差值不得大于施工圖紙規(guī)定的墻厚的1/3。

3.5 防滲墻造孔施工工藝

該工程主要采用CZF－1500型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)，該鉆機(jī)主要應(yīng)用于深厚覆蓋層防滲墻造孔施工。設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

4 防滲墻造孔施工過程中出現(xiàn)的事故及處理

混凝土防滲墻系隱蔽工程，給施工帶來很大困難。防滲墻施工的關(guān)鍵是造孔，造孔是制約防滲墻進(jìn)度、工期和效益的關(guān)鍵工序，造孔所耗用的時(shí)間、機(jī)械臺(tái)班和用工最多，造孔所發(fā)生的事故亦較多，處理難度也大，對(duì)工期影響最大。由于錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上下游圍堰覆蓋層埋藏深度和厚度大，河床地質(zhì)條件復(fù)雜，有孤石、漂石、架空等現(xiàn)象存在，從而給防滲墻造孔施工帶來很大困難，發(fā)生了不少事故。因此，分析這些事故發(fā)生的原因，研究迅速處理好這些事故的方法，對(duì)加快防滲墻施工，提高經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)起到重要作用。錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上下游圍堰塑性混凝土防滲墻發(fā)生的造孔事故主要有孔斜、卡鉆、掉(埋)鉆、塌孔、漏漿等。

表1 CZF－1500型沖擊反循環(huán)鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

4.1 孔 斜

為了保證防滲墻的有效厚度和各槽孔間混凝土有效搭接厚度滿足設(shè)計(jì)要求以及防滲墻的連續(xù)性，必須保證每個(gè)槽孔的垂直度。防滲墻施工規(guī)范規(guī)定槽孔孔壁應(yīng)垂直，不應(yīng)有梅花孔、小墻等?？孜辉试S偏差不得大于3 cm，孔斜率不得大于0.4%。在遇到孤石、漂石地層以及基巖傾斜度大等特殊情況下，孔斜率應(yīng)控制在0.6%以內(nèi)。一、二期槽孔接頭孔的兩次孔位中心在任意深度的偏差值不得大于設(shè)計(jì)墻厚的1/3，且必須保證設(shè)計(jì)墻厚。

該工程設(shè)計(jì)墻厚0.8 m，Ⅰ期槽兩端的主孔孔斜率指標(biāo)為不大于0.3%，其它槽孔孔斜率不大于0.4%;在遇有含孤石、漂石的地層及基巖面傾斜度較大等特殊情況時(shí)，孔斜率按0.6%控制，相鄰孔不得異向;整個(gè)槽孔孔壁應(yīng)當(dāng)平整、無梅花孔、探頭石和波浪形小墻等。槽孔施工過程中主要采用超聲波測(cè)斜儀測(cè)量。當(dāng)施工中泥漿過濃、超聲波檢測(cè)困難時(shí)，可采取重錘法進(jìn)行檢測(cè)。本工程采用重錘法測(cè)量。

重錘法測(cè)量孔斜的具體方法是將沖擊鉆頭放至孔內(nèi)不同深度，在鉆頭的重力作用下，鋼絲繩繃緊，根據(jù)相似三角形原理，測(cè)量孔口鋼絲的偏距，即可求得孔底偏距及孔斜率。計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4。

圖4 重錘法測(cè)量孔斜原理圖

4.1.1 造孔過程中產(chǎn)生孔斜的原因

錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中多次出現(xiàn)孔斜現(xiàn)象，經(jīng)分析，出現(xiàn)孔斜的主要原因如下:

(1)開始造孔下鉆時(shí)槽孔中心位置測(cè)量放線不準(zhǔn)確，鉆頭偏離中心位置超出了規(guī)范允許范圍。

(2)開鉆時(shí)鉆頭鋼繩較長(zhǎng)，沖程過大，鉆頭不穩(wěn)，致使開孔時(shí)產(chǎn)生偏斜。

(3)鉆機(jī)平臺(tái)或鉆機(jī)軌道支撐基礎(chǔ)不穩(wěn)，鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)產(chǎn)生移動(dòng)或傾斜，致使孔偏斜。

(4)造孔過程中，槽孔內(nèi)有探頭石、漂石等，地層軟硬不同，鉆頭受力不均勻而產(chǎn)生偏斜。

(5)造二期槽孔時(shí)，已完成的一期槽混凝土和二期槽地基之間的強(qiáng)度不一致，接頭孔容易偏向強(qiáng)度較低的一側(cè)，從而導(dǎo)致孔斜的產(chǎn)生。

4.1.2 對(duì)孔斜事故的處理

防滲墻槽孔或單孔發(fā)生偏斜后，將影響槽孔或單孔間的墻體厚度，從而將降低防滲墻墻體的總體質(zhì)量和防滲效果。因此，在造孔過程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定進(jìn)行操作，從而預(yù)防或減少孔斜的產(chǎn)生，適時(shí)進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)偏斜及時(shí)糾正。錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中對(duì)孔斜進(jìn)行處理主要采取的措施為:

(1)一般性孔斜?；靥顗K石、碎石和粘土后重新慢慢鉆進(jìn)，邊鉆邊糾偏，直至偏斜率滿足規(guī)范要求。

(2)由于地層軟硬不均引起的孔斜，采取小沖程、高頻次和十字鉆頭、大沖程、低頻次劈打，將硬質(zhì)地層修直，達(dá)到糾偏的目的。

(3)由于探頭石、孤石、漂石引起的孔斜，可采取槽內(nèi)鉆孔爆破和聚能爆破。

①槽內(nèi)鉆孔爆破(圖5)。即在防滲墻造孔中遇漂卵石、孤石時(shí)，采用SM－400型全液壓工程鉆機(jī)跟管鉆進(jìn)，在槽內(nèi)下置定位器進(jìn)行鉆孔，待鉆到規(guī)定深度后，提出鉆具，在漂卵石、孤石部位下置爆破筒，提起套管，引爆。爆破后漂卵石、孤石被破碎，從而加快鉆進(jìn)速度。

②聚能爆破(圖6)。在漂卵石、孤石表面下置聚能爆破筒進(jìn)行爆破，爆破筒聚能穴錐角為55°～60°，裝藥量控制在 3 ～6 kg，最大為 8 kg。在二期槽孔內(nèi)則采用減震爆破筒，即在爆破筒外

圖5 槽內(nèi)鉆孔爆破示意圖

圖6 槽內(nèi)聚能爆破示意圖

面加設(shè)一個(gè)屏蔽筒，以減輕沖擊波對(duì)已澆筑墻體的作用。槽內(nèi)聚能爆破方法簡(jiǎn)便易行，對(duì)防滲墻施工干擾很小，有時(shí)還用于修正孔斜處理故障等。錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻實(shí)施過程中主要采用十字鉆頭大沖程、低頻次劈打的方法，直接清除了硬質(zhì)障礙物。(4)在導(dǎo)向槽上采用支架支挑或拉緊沖擊鉆鋼繩，調(diào)整鉆頭重心，劈打偏斜向反側(cè)槽壁，從而達(dá)到糾偏的目的。

4.2 卡鉆、埋(掉)鉆

錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻造孔過程中，上游圍堰17－1號(hào)孔和14－3號(hào)孔各發(fā)生一次卡鉆;下游圍堰4－3號(hào)孔、5－3號(hào)孔、6－1號(hào)孔、8－1號(hào)孔、9－3號(hào)孔、12－1號(hào)孔各發(fā)生一次埋鉆，尤其是5－3號(hào)孔和6－1號(hào)孔埋鉆較深、處理時(shí)間最長(zhǎng)。在工期緊張的情況下，卡鉆、掉(埋)鉆事故造成停機(jī)無疑是對(duì)工期最大的制約因素，且造成的經(jīng)濟(jì)損失也較大，因此，一旦發(fā)生卡鉆、埋(掉)鉆事故，必須立即進(jìn)行處理，處理方法的得當(dāng)也是減少損失的重要手段。

4.2.1 發(fā)生卡鉆、埋(掉)鉆的主要原因

(1)戧堤截流采用的特殊材料被下沖后大量堆積在上游圍堰防滲墻軸線附近，形成架空、空隙，鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生偏斜后卡鉆。

(2)下游圍堰水下直接拋填較深，且拋填材料多為強(qiáng)風(fēng)化洞渣料，致使填筑層不密實(shí)，造孔過程中發(fā)生塌孔而造成埋鉆事故。

(3)劈打副孔時(shí)，鉆具偏斜向主孔，發(fā)生“溜孔”后，剩余小墻卡住鉆具。

(4)打回填材料為粘土的主孔時(shí)，鉆進(jìn)速度偏快，抽砂不及時(shí)也會(huì)造成卡鉆。

4.2.2 結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)卡鉆、埋(掉)鉆事故采取的處理措施

(1)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析孔內(nèi)情況，確定卡鉆、埋(掉)鉆深度、地層、鉆具規(guī)格，采用手動(dòng)控制鉆機(jī)，低頻率重復(fù)上提動(dòng)作，慢慢沖開卡鉆、埋鉆體，取出鉆具并回填后重新鉆進(jìn)的方式進(jìn)行處理。

(2)當(dāng)在下游圍堰埋鉆事故處理中采用上述方法仍然無法取出鉆具時(shí)，取下鋼繩，移動(dòng)鉆機(jī)，再次鉆劈打相鄰孔位，使被埋鉆具兩旁沒有障礙物后，取出鉆具。

4.3 塌孔(槽)

錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰塑性混凝土防滲墻造孔過程中，上游圍堰17號(hào)槽段和下游圍堰16號(hào)槽段各發(fā)生了一次嚴(yán)重塌槽事故，上游17號(hào)槽段塌槽長(zhǎng)4.5 m，寬3.5 m，采用塑性混凝土回填79 m3;下游圍堰16號(hào)槽段塌槽長(zhǎng)3.6 m，寬2.8 m，采用塑性混凝土回填42 m3;回填后重新造孔，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

4.3.1 塌孔(槽)產(chǎn)生的原因

上、下游圍堰防滲墻塌槽事故均發(fā)生在填筑層，經(jīng)分析認(rèn)為其產(chǎn)生的主要原因?yàn)?

(1)水下直接拋填填筑層不密實(shí)，填筑質(zhì)量差，填筑體抗剪強(qiáng)度低，致使槽壁失穩(wěn)而坍塌。

(2)泥漿質(zhì)量較差，不能形成有效護(hù)壁泥皮，或造孔時(shí)間太長(zhǎng)，槽孔浸泡時(shí)間過長(zhǎng)，引起坍塌。

(3)地下水位高，槽壁受到較大的外水壓力引起坍塌。

4.3.2 塌孔(槽)事故的處理

塌孔(槽)的處理應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特性及工程特點(diǎn)綜合考慮確定有效措施。錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻因受工期制約，對(duì)塌槽事故的處理不容耗費(fèi)太多時(shí)間，且塌槽后必須立即采取有效措施進(jìn)行處理。上游圍堰防滲墻17號(hào)槽段塌槽經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位四方聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)查勘，一致確定將鉆機(jī)移開后采用塑性混凝土直接回填，由于塑性混凝土強(qiáng)度低，從而減少了二次造孔難度。下游圍堰防滲墻總共劃分為17個(gè)槽段，在一期槽16號(hào)槽段塌槽時(shí)，14號(hào)槽段已完成了澆筑，在采取與上游圍堰防滲墻17號(hào)槽段相同的處理方式進(jìn)行處理的同時(shí)，將16號(hào)槽段的鉆機(jī)分別移到15號(hào)和17號(hào)槽段展開原定的二期槽施工，將16號(hào)槽段轉(zhuǎn)為二期槽，從而避免了停工，在降低了經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)加快了施工進(jìn)度。

4.4 漏 漿

漏漿是防滲墻造孔過程中頻繁發(fā)生的經(jīng)常性事故?？變?nèi)泥漿的大量流失，若不采取適當(dāng)措施進(jìn)行處理，將會(huì)引起塌孔、埋鉆等事故。錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻造孔共有41個(gè)槽段，其中35個(gè)槽段均發(fā)生了多次不同程度的漏漿。

4.4.1 漏漿的原因

(1)漂石卵礫石層、含砂壤土碎礫石層、卵礫石含孤塊石層、含孤塊石卵礫石層、塊碎石夾卵礫石層相對(duì)松散，顆粒級(jí)配較差，層間接觸帶發(fā)生漏漿。

(2)填筑層顆粒不均勻或未碾壓密實(shí)，存在漏漿通道而引起漏漿。

(3)泥漿質(zhì)量差，不能在孔壁上形成密實(shí)完整的護(hù)壁泥皮，引起漏漿。

(4)上、下游水位差大、壓力大而產(chǎn)生滲流，泥漿隨滲水流失。

4.4.2 采取的堵漏處理措施

(1)在槽孔內(nèi)直接投入適量碎石、粘土進(jìn)行堵漏，或在粘土內(nèi)添加編織袋(即人造纖維材料)，增強(qiáng)泥皮護(hù)壁的拉力，保證了堵漏效果;

(2)對(duì)于漏漿嚴(yán)重的槽孔，在多次堵漏無效時(shí)，分析漏漿通道的大小，先投放大塊石、再大量投入粘土，用鉆具搗實(shí)、擠密、堵住漏漿通道或縫隙，從而達(dá)到漏漿堵漏效果。

5 結(jié)語

錦屏二級(jí)水電站首部攔河閘壩上、下游圍堰混凝土防滲墻由于對(duì)造孔過程中諸多事故的及時(shí)有效處理，總體工期提前6 d，分部工程總體質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，防滲效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

總之，混凝土防滲墻造孔是一個(gè)較長(zhǎng)而復(fù)雜的過程，對(duì)事故的處理必須耐心、細(xì)致，根據(jù)實(shí)際情況，慎重、快速地完成塌孔事故的處理，快速成墻，避免塌孔事故的重復(fù)發(fā)生，從而有效保證防滲墻的施工質(zhì)量和進(jìn)度，減少經(jīng)濟(jì)損失。

[1]水電水利工程混凝土防滲墻施工規(guī)范，DL/T5199－2004[S].

[2]水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范，SL174－96[S].